Sprężyny skrętne.
Moment obrotowy,
ramiona i tolerancje.

Sprężyna skrętna (zwana również sprężyną zwojową obrotową, torsion spring lub w nomenklaturze niemieckiej Schenkelfeder) różni się fundamentalnie od pozostałych typów sprężyn śrubowych. Jej zadaniem nie jest przenoszenie siły wzdłużnej, lecz akumulacja energii w postaci momentu obrotowego, który powstaje przy wzajemnym obrocie jej ramion (nóżek) wokół osi sprężyny. Po zwolnieniu obciążenia sprężyna powraca do położenia spoczynkowego, oddając zakumulowaną energię.

Korpus sprężyny skrętnej jest najczęściej zwijany ciasno — zwoje w stanie swobodnym przylegają do siebie, bez podziałki — choć dla aplikacji o dużych liczbach cykli stosuje się również zwijanie z zachowaniem niewielkich odstępów (z określoną podziałką), co minimalizuje tarcie międzyzwojowe. Praca polega na obrocie jednego ramienia względem drugiego: w tym ruchu drut sprężyny pracuje przede wszystkim na zginanie (a nie skręcanie, jak w sprężynach naciskowych i naciągowych) — to kluczowe rozróżnienie, które determinuje cały aparat obliczeniowy.

Sprężyna skrętna rozważana jako element konstrukcyjny posiada dwa równoważne sposoby opisu obciążenia: jako moment obrotowy M [Nmm] przyłożony do ramienia, lub jako siłę F [N] działającą w punkcie odległym o długość ramienia R_H od osi sprężyny. Zależność między nimi jest oczywista: M = F · R_H. To konstruktor wybiera, którego opisu używa w specyfikacji.

Sprężyny skrętne są objęte systemem norm analogicznym do sprężyn naciskowych i naciągowych. Cztery dokumenty tworzą spójną całość: ISO 26909 definiuje terminologię, EN 13906-3 opisuje obliczenia i projektowanie, ISO 22705-3 standaryzuje metody pomiarowe (najnowsza norma — z 2024 roku), a DIN 2194 stanowi wieloletni branżowy standard wymagań jakościowych i tolerancji.

Aparat obliczeniowy sprężyny skrętnej różni się od aparatu sprężyn pracujących na ściskanie/rozciąganie tym, że drut pracuje na zginanie — kluczowym parametrem materiałowym jest moduł Younga E (a nie moduł Kirchhoffa G), a krytycznym kryterium wytrzymałościowym jest dopuszczalne naprężenie zginające σ_zul. Norma EN 13906-3 zawiera kompletny zestaw wzorów wraz z poprawkami uwzględniającymi koncentrację naprężeń w wygięciach ramion (współczynnik q).

Ramię (nóżka, ang. leg) to element przekazujący moment z mechanizmu do korpusu sprężyny. Geometria ramienia determinuje sposób montażu, charakterystykę siłową oraz — co kluczowe — trwałość zmęczeniową całej sprężyny. Norma DIN 2194 oraz praktyka producencka wyróżniają cztery podstawowe orientacje ramion. Każda z nich ma określony obszar zastosowań.

Wolny kąt położenia ramion α₀

Wolny kąt to kąt między ramionami sprężyny w stanie swobodnym, mierzony w płaszczyźnie prostopadłej do osi. Standardowe kąty produkowane przez większość wytwórni:

Każdy inny wolny kąt może być uzyskany poprzez odpowiedni dobór liczby zwojów (każdy zwój dodaje 360° do położenia ramion). W rezultacie ALMECH realizuje sprężyny skrętne o dowolnym wolnym kącie — wystarczy podać go w specyfikacji.

W sprężynach skrętnych kierunek nawijania (prawy lub lewy) ma znaczenie funkcjonalne — nie jest to wybór czysto kosmetyczny, jak często bywa w sprężynach naciskowych. Sprężyna skrętna jest projektowana do pracy w kierunku nawijającym (skręcanie zgodne z kierunkiem zwijania), gdyż w tym kierunku wykazuje znacznie większą trwałość zmęczeniową.

Norma ISO 22705-3:2024 zamyka trzyczęściowy system norm pomiarowych ISO 22705. Określa metody pomiaru wszystkich charakterystyk geometrycznych i statycznych walcowych sprężyn skrętnych zwijanych na zimno z drutu okrągłego. Podobnie jak pozostałe części serii, norma wyłącza badania dynamiczne (zmęczeniowe). Wymagania normy obejmują warunki pomiarowe (temperatura odniesienia 20°C), klasę dokładności przyrządów, kwalifikacje operatora oraz zasady raportowania wyników.

Norma DIN 2194 stanowi branżowy standard jakościowy dla sprężyn skrętnych zwijanych na zimno o średnicy drutu do 17 mm. Zawiera kompletny zestaw tolerancji dla wszystkich charakterystyk geometrycznych i siłowych sprężyny. Strukturalnie tolerancje DIN 2194 obejmują: średnicę zwoju w stanie swobodnym, moment obrotowy, względny kąt położenia ramion w stanie swobodnym, długość ciała sprężyn o nawiniętej z podziałką, długości ramion, promienie wygięć ramion oraz kąty samych wygięć. Norma wprowadza klasy jakościowe analogiczne do EN 15800 (sprężyny naciskowe) i DIN 2097 (sprężyny naciągowe).

Firma ALMECH z Radomia produkuje sprężyny skrętne w pełnym zakresie typoszeregowym przewidzianym normami EN 13906-3 i DIN 2194. Sprężyny skrętne są obszarem szczególnym dla wytwórni — to właśnie ten typ sprężyn najmocniej zyskał na pojawieniu się cyfrowo sterowanych automatów zwijających (CNC). Precyzyjne kształtowanie ramion o złożonej geometrii, niegdyś wymagające ręcznego oprzyrządowania, dziś jest realizowane w cyklu w pełni zautomatyzowanym — z powtarzalnością wymiarową niedostępną metodami tradycyjnymi.

Sprężyny skrętne produkowane przez ALMECH znajdują zastosowanie w zawiasach (drzwi, klapki AGD, deski sedesowe), mechanizmach powrotnych (klamki, przełączniki), zabawkach, motoryzacji (mechanizmy schowków, klap), automatyce przemysłowej oraz w urządzeniach precyzyjnych. Wytwórnia działa od 1992 roku i — jako firma wielopokoleniowa z certyfikatem PN-EN ISO 9001:2015 oraz statusem przedsiębiorstwa Tarnobrzeskiej Specjalnej Strefy Ekonomicznej — stanowi sprawdzonego partnera dla inżynierów konstruujących wszystko od prototypu po wielomilionową serię.